[發(fā)明專利]基于磁傳感器陣列的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)磁異常目標(biāo)探測(cè)裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910509541.X
• 申請(qǐng)日: 2019-06-13
• 公開（公告）號(hào): CN110308490B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘名尤;卞雷祥;葛闖;李佳陽(yáng);戎曉力;韓松彤;朱志偉;賈云飛;田巳睿
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01V3/08
• 分類號(hào): G01V3/08;G01V3/38;G01C21/00
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 馬魯晉

1.一種基于矢量磁傳感器陣列的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)磁異常目標(biāo)探測(cè)裝置，其特征在于，包括磁傳感器陣列、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)角度采集模塊、GPS模塊、信號(hào)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及電源，所述磁傳感器陣列設(shè)置在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上繞旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中心做圓周運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過程中獲取多組被測(cè)磁異常目標(biāo)的位置數(shù)據(jù)；所述旋轉(zhuǎn)角度采集模塊用于采集旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角度；所述GPS模塊用于獲取磁傳感器陣列做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)任意時(shí)刻的實(shí)時(shí)地理位置；所述信號(hào)采集模塊用于采集磁傳感器陣列以及光電傳感器的輸出信號(hào)，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換將傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；所述數(shù)據(jù)處理模塊用于對(duì)磁傳感器陣列以及光電傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波放大，并根據(jù)濾波放大后的數(shù)據(jù)確定不同轉(zhuǎn)角下磁異常目標(biāo)的磁梯度張量，所述數(shù)據(jù)處理模塊同時(shí)用于根據(jù)磁梯度張量計(jì)算磁異常目標(biāo)與探測(cè)裝置的相對(duì)位置，利用多組位置數(shù)據(jù)得到相對(duì)位置結(jié)果，并根據(jù)GPS模塊提供的磁傳感器陣列做圓周運(yùn)動(dòng)過程中的實(shí)時(shí)地理位置確定被測(cè)目標(biāo)的地理坐標(biāo)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于矢量磁傳感器陣列的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)磁異常目標(biāo)探測(cè)裝置，其特征在于，所述磁傳感器陣列包括磁傳感器立方體框架以及設(shè)置在磁傳感器立方體框架8個(gè)頂點(diǎn)上的8個(gè)三軸磁傳感器。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于矢量磁傳感器陣列的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)磁異常目標(biāo)探測(cè)裝置，其特征在于，所述磁傳感器立方體框架為無(wú)磁材料。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于矢量磁傳感器陣列的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)磁異常目標(biāo)探測(cè)裝置，其特征在于，所述信號(hào)采集模塊設(shè)置在磁傳感器陣列內(nèi)部。

5.根據(jù)權(quán)利要求1～4任一所述的基于矢量磁傳感器陣列的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)磁異常目標(biāo)探測(cè)裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)置在手推車上。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于矢量磁傳感器陣列的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)磁異常目標(biāo)探測(cè)裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的底部裝有調(diào)節(jié)螺釘。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于矢量磁傳感器陣列的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)磁異常目標(biāo)探測(cè)裝置，其特征在于，所述磁傳感器陣列設(shè)置在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的一端，所述電源設(shè)置在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與磁傳感器陣列相對(duì)的一端，磁傳感器陣列與電源使得旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)保持平衡。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于矢量磁傳感器陣列的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)磁異常目標(biāo)探測(cè)裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)角度采集模塊包括等間距設(shè)置在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上邊緣的黑白條碼，以及正對(duì)黑白條碼設(shè)置的光電傳感器，所述光電傳感器通過測(cè)量經(jīng)過的黑白條碼數(shù)目得到旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角度。

9.基于權(quán)利要求1～8任一所述的探測(cè)裝置的探測(cè)方法，其特征在于，具體步驟為：

將磁傳感器陣列置于水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，并固定磁傳感器陣列與旋轉(zhuǎn)中心之間的距離；

調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)底部的調(diào)節(jié)螺釘，使得旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)中心與水平面垂直；

旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)繞其中心做圓周運(yùn)動(dòng)，磁傳感器陣列感知周圍環(huán)境中的磁異常場(chǎng)，信號(hào)采集模塊采集磁傳感器信號(hào)，通過A/D轉(zhuǎn)換后傳輸至數(shù)據(jù)處理模塊；

信號(hào)采集模塊同步采集旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角度信息、磁傳感器陣列實(shí)時(shí)地理位置信息并傳輸至數(shù)據(jù)處理模塊；

數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)磁傳感器信號(hào)以及旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角度，確定不同轉(zhuǎn)角下磁異常目標(biāo)的磁梯度張量；

根據(jù)磁梯度張量計(jì)算出磁異常目標(biāo)的位置矢量與磁矩矢量

根據(jù)磁異常目標(biāo)的位置矢量以及磁傳感器陣列實(shí)時(shí)地理位置，確定被測(cè)磁異常目標(biāo)的地理坐標(biāo)。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的探測(cè)方法，其特征在于，磁異常目標(biāo)的位置矢量的計(jì)算方法為：

根據(jù)磁異常信號(hào)數(shù)值計(jì)算磁傳感器陣列每個(gè)面心上的磁梯度張量矩陣G的范數(shù)C_T，I，計(jì)算公式為：

C_T，I＝[∑(G_ij)²]^1/2

其中，I表示磁傳感器陣列每個(gè)面心所對(duì)應(yīng)的方向(±X、±Y、±Z)，G_ij為磁異常目標(biāo)的磁梯度張量的分量，i＝x、y、z，j＝x、y、z；

根據(jù)6個(gè)C_T，I的值，計(jì)算得到磁梯度張量矩陣范數(shù)的空間梯度計(jì)算公式為：

其中，分別為x、y、z方向的單位矢量，d為相鄰磁傳感器間的距離；

計(jì)算得到被測(cè)目標(biāo)的單位矢量

根據(jù)每個(gè)面心的磁梯度張量矩陣范數(shù)C_T，I，選取相對(duì)方向上的一組值計(jì)算磁異常目標(biāo)與測(cè)量基點(diǎn)之間的距離r，當(dāng)選擇以Z方向進(jìn)行計(jì)算時(shí)，計(jì)算表達(dá)式為：

當(dāng)選擇以X方向進(jìn)行計(jì)算時(shí)，計(jì)算表達(dá)式為：

當(dāng)選擇以Y方向進(jìn)行計(jì)算時(shí)，計(jì)算表達(dá)式為：

則位置矢量為：